13.水质工程学III—膜分离法的原理与应用-§3-3-膜分离法在废水处理中的应用(中).ppt

水质工程学水质工程学第三章第三章 膜分离法的原理与应用膜分离法的原理与应用3.3 膜分离法在废水处理中的应用（中）膜分离法在废水处理中的应用（中）主讲：方主讲：方 茜茜 教教 授授1.1.电渗析电渗析 外加直流电场作用下，利用外加直流电场作用下，利用离子交换膜离子交换膜的选择透的选择透过性，使水中阴阳离子做定向迁移，从而达到离子过性，使水中阴阳离子做定向迁移，从而达到离子从水中分离的一种物理化学过程。从水中分离的一种物理化学过程。主要用于主要用于除盐除盐或者或者物质回收物质回收极限电流密度：极限电流密度：电流密度电流密度i i：电渗析器运行电渗析器运行时，单位面积的膜通过的电时，单位面积的膜通过的电流称电流密度。流称电流密度。极限电流密度极限电流密度i iLimLim：膜表面膜表面发生浓差极化现象时的电流发生浓差极化现象时的电流密度称极限电流密度。密度称极限电流密度。浓差极化：浓差极化：电渗析器在运转电渗析器在运转中，膜两边出现浓度差的膜中，膜两边出现浓度差的膜界面现象称浓差极化。界面现象称浓差极化。极化与沉淀极化与沉淀：极化的危害极化的危害极化是电渗析器运行中常见问题，其危害如下。极化是电渗析器运行中常见问题，其危害如下。(1)(1)降低电流放率降低电流放率 由于极化时、导致水分子大量解由于极化时、导致水分子大量解离，在电场作用下，水的解离造成离，在电场作用下，水的解离造成H H和和OHOH-离子的迁移离子的迁移，可见其部分电能消耗在水的解离和与脱盐无关的，可见其部分电能消耗在水的解离和与脱盐无关的H H和和OHOH-离子迁移上，使电流放率下降。离子迁移上，使电流放率下降。(2)(2)降低除盐率和产率降低除盐率和产率 极化会在浓水室阴膜表面上极化会在浓水室阴膜表面上产生沉淀，形成水垢，对运行带来不良的影响产生沉淀，形成水垢，对运行带来不良的影响。(3)(3)淡水淡水pHpH值下降。值下降。防止和消除结垢的主要措施：防止和消除结垢的主要措施：2.2.扩散渗析（渗析法）扩散渗析（渗析法）溶质透过薄膜从高浓度溶液向低浓度溶液迁移溶质透过薄膜从高浓度溶液向低浓度溶液迁移 主要用于主要用于酸碱酸碱的回收的回收3.3.反渗透法反渗透法 半透膜：半透膜：只能通过水分子，但不能通过溶质分子的膜只能通过水分子，但不能通过溶质分子的膜 渗透压：渗透压：渗透平衡时，两边液面高度形成的压力差称渗透平衡时，两边液面高度形成的压力差称渗透压，渗透压，。渗透压由溶质种类和浓度大小而定，还渗透压由溶质种类和浓度大小而定，还与温度有关。与温度有关。反渗透：反渗透：向咸水一侧施压向咸水一侧施压P P则可阻止渗透的进行，如果则可阻止渗透的进行，如果P P,则咸水溶液中的水分子向纯水一边迁移则咸水溶液中的水分子向纯水一边迁移,此过程称此过程称反渗透反渗透.4.4.超过滤法超过滤法用于截留水中胶体大小的颗粒，水和低分子量的溶质用于截留水中胶体大小的颗粒，水和低分子量的溶质则允许透过膜。则允许透过膜。对比：对比：反渗透、超滤、微孔过滤均以压力差为推动反渗透、超滤、微孔过滤均以压力差为推动力，电渗析以电压为推动力，渗析以浓度差为推动力，电渗析以电压为推动力，渗析以浓度差为推动力。力。n操作方式：操作方式：与反渗透工作方式相同，水在膜表面与反渗透工作方式相同，水在膜表面流动，部分水透过膜，大部分水流走的同时将膜流动，部分水透过膜，大部分水流走的同时将膜表面的截留物质带走。表面的截留物质带走。n性能：性能：超滤虽超滤虽无脱盐性能无脱盐性能，但对于去除水中的，但对于去除水中的细菌、病细菌、病毒、胶体，大分子等微粒毒、胶体，大分子等微粒相当有效，而且与反渗相当有效，而且与反渗透相比，操作压力低，设备简单，因此超滤技术透相比，操作压力低，设备简单，因此超滤技术用于纯水终端处理是较为理想的处理方法。用于纯水终端处理是较为理想的处理方法。此外，超滤亦广泛应用于此外，超滤亦广泛应用于医药工业、食品工业医药工业、食品工业以及工业废水处理以及工业废水处理等各个领域。等各个领域。n超滤过程中的浓差极化：超滤过程中的浓差极化：在膜分离过程中，水连同小分在膜分离过程中，水连同小分子透过膜，而大分子溶质则被膜所阻拦并不断积累在膜子透过膜，而大分子溶质则被膜所阻拦并不断积累在膜表面上，使溶质在膜面处的浓度表面上，使溶质在膜面处的浓度C Cm m高于溶质在主体溶液高于溶质在主体溶液中的浓度中的浓度C Cb b，从而在膜附近边界层内形成从而在膜附近边界层内形成浓度差浓度差C Cm m-C-Cb b，并促使溶质从膜表面向着主体溶液进行反向扩散，这种并促使溶质从膜表面向着主体溶液进行反向扩散，这种现象称为浓差极化。现象称为浓差极化。n由于进行超滤的溶液主要含有大分子，其在水中的扩散由于进行超滤的溶液主要含有大分子，其在水中的扩散系数极小，导致超滤的浓差极化现象尤为严重。系数极小，导致超滤的浓差极化现象尤为严重。5.5.纳滤：纳滤：纳滤（纳滤（NFNF）是介于是介于反渗透和超滤反渗透和超滤之间的一种压之间的一种压力驱动膜过程适于分离分子量在力驱动膜过程适于分离分子量在200200g/molg/mol以上，以上，分子尺寸在分子尺寸在1 12 2纳米左右物质。纳米左右物质。基于纳滤膜的特点和性能，纳滤是基于纳滤膜的特点和性能，纳滤是截留小分截留小分子有机物而使盐透过子有机物而使盐透过，即集分离浓缩与透析于，即集分离浓缩与透析于一体；同时由于可透过膜，渗透压低，则操作一体；同时由于可透过膜，渗透压低，则操作压力比反渗透要低得多。压力比反渗透要低得多。